JPS6039114B2 - Method for producing intermediate Btu gas - Google Patents
Method for producing intermediate Btu gasInfo
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- JPS6039114B2 JPS6039114B2 JP1993478A JP1993478A JPS6039114B2 JP S6039114 B2 JPS6039114 B2 JP S6039114B2 JP 1993478 A JP1993478 A JP 1993478A JP 1993478 A JP1993478 A JP 1993478A JP S6039114 B2 JPS6039114 B2 JP S6039114B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は石炭その他同様な炭素質材料のガス化に関し、
特に炭素−アルカリ金属触媒の存在下に接触ガス化工程
を実行して中間B山ガスを製造する方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to the gasification of coal and similar carbonaceous materials;
In particular, it relates to a method for producing intermediate B-mount gas by performing a catalytic gasification step in the presence of a carbon-alkali metal catalyst.
石炭または類似の炭素質材料または物質から合成ガス燃
料を製造するために今日までに提案されている現存の方
法は一般に炭素とスチーム(単独または酸素と粗合せて
)とを約12000F−25000F(649−137
1℃)の温度で反応させることを必要とし、こうして主
に水素と一酸化炭素とより成り若干のメタンを含むガス
を生成した。Existing processes proposed to date for producing syngas fuel from coal or similar carbonaceous materials or substances generally combine carbon and steam (alone or in combination with oxygen) in a range of about 12,000F-25,000F (649 -137
1° C.), thus producing a gas consisting mainly of hydrogen and carbon monoxide, with some methane.
このガスはほとんど追加の処理をしなくても合成ガスま
たは燃料として使用でき、或いは追加のスチームと反応
させて水素ノー酸化炭素比を増大させた上接触メタン化
装置へ導かれて一酸化炭素と水素の反応によりメタンを
製造するのに使用できる。この種の方法はアルカリ金属
成分を含有した触媒の存在下に最初のガス化工程を実施
することにより改善できることが分った。アルカリ金属
成分はスチーム‐炭素ガス化反応を促進するので、その
非存在時に必要な温度よりも若干低い温度で合成ガスを
発生させることができる。しかし、この種の反応方法は
高度に吸熱的であるスチームと炭素の反応を維持するた
めに大量の熱量を供給しなければならないから高価につ
く。この熱を供給する1つの方法は酸素をガス化塔に直
接注入してガス化すべき供給物質中の炭素の一部を燃焼
させることである。この方法は酸素製造プラントを設け
ることを要するので非常に高価につく。他にも熱を供給
する方法が提案されているが、酸素注入法と同機に高価
につく。最近になって、上記した種類の方法に関連した
困難を「炭素ーアルカリ金属触媒と実質的に平衡量の水
素及び一酸化炭素の存在下にスチームと炭素を反応させ
ることにより回避する方法が提案された。This gas can be used as synthesis gas or fuel with little additional processing, or it can be directed to a catalytic methanator where it is reacted with additional steam to increase the hydrogen to carbon ratio and convert it to carbon monoxide. It can be used to produce methane by reaction with hydrogen. It has been found that this type of process can be improved by carrying out the first gasification step in the presence of a catalyst containing an alkali metal component. The alkali metal component promotes the steam-carbon gasification reaction so that synthesis gas can be generated at slightly lower temperatures than would be required in its absence. However, this type of reaction process is expensive because a large amount of heat must be supplied to maintain the highly endothermic steam-carbon reaction. One method of providing this heat is to inject oxygen directly into the gasifier to burn off some of the carbon in the feed to be gasified. This method is very expensive as it requires the provision of an oxygen production plant. Other methods of supplying heat have been proposed, but they are as expensive as oxygen injection. Recently, a process has been proposed which circumvents the difficulties associated with processes of the type described above by reacting steam and carbon in the presence of a carbon-alkali metal catalyst and substantially equilibrium amounts of hydrogen and carbon monoxide. Ta.
実験室での研究及びパイロットプラントによるテストに
より、炭素と炭酸カリウムの如きアルカIJ金属化合物
の反応により製造された触媒は炭素ーアルカリ金属化合
物または錯体を形成し、そして適正な反応条件下にガス
化中に生じる気相反応を平衡化して追加のメタンを生成
し、同時にガス化塔内に追加の発熱性熱量を供給するこ
とが示された。この追加の発熱反応熱は固形炭素及び水
性ガス移行反応を含む反応の全体的な吸熱特性を平衡さ
せることにより、ほぼ熱的に中立な工程を可能にし、こ
れにより大量の酸素の注入や他の高価な熱供給方法の必
要を無くする。炭素ーアルカリ金属触媒が気相反応に及
ばす触媒的な影響は、炭素とスチーム、水素または二酸
化炭素の反応または固相一気相反応とはちがつて、次に
示す発熱反応が流出ガス中のメタンの存在に実質的な寄
与をする点にあり、また総合的な反応の吸熱性を大きく
減じるという点にある。Laboratory studies and pilot plant tests have shown that catalysts produced by the reaction of carbon with alkali IJ metal compounds such as potassium carbonate form carbon-alkali metal compounds or complexes and, under appropriate reaction conditions, can be used during gasification. It has been shown to equilibrate the gas phase reactions occurring in the gas phase to produce additional methane while simultaneously providing additional exothermic heat into the gasification column. This additional exothermic heat of reaction balances the overall endothermic character of the reaction, including the solid carbon and water gas transfer reactions, allowing for a nearly thermally neutral process, which allows for the injection of large amounts of oxygen and other Eliminates the need for expensive heat supply methods. The catalytic influence of carbon-alkali metal catalysts on gas phase reactions is different from reactions of carbon with steam, hydrogen or carbon dioxide or solid phase gas phase reactions; The reason is that it makes a substantial contribution to the existence of carbon atoms, and that it greatly reduces the endothermic nature of the overall reaction.
{1’次0十犯2一C02十C比(発熱性)‘2) C
O+9日2→日20十CH4(発熱性)‘3’ C02
十4日2→が20十CH4(発熱性)適正な条件下に、
これらの反応はガス化帯域内で行われるようにでき、し
かも大量のメタンと、酸素の注入または他の手段により
供給されるべきはずの追加の発熱性熱とを供給するよう
にしうる。実験室テスト及びパイロットプラントテスト
により、このようにして製造された原料生成ガスは反応
条件において平衡濃度で存在し、主として水素、一酸化
炭素、二酸化炭素、メタン及びスチームより成る。かか
る原料生成ガスをスチームと主に二酸化炭素及び硫化水
素である酸性ガスとの除去のために処理し、処理された
ガス中のメタンから原料生成ガス中における一酸化炭素
及び水素の平衡濃度に等量な量で一酸化炭素及び水素を
低温分離し、次でメタンを高Btuガスとして引出し、
そして一酸化炭素及び水素をガス化塔へ戻すことによっ
て、炭素ーアルカリ金属触媒の存在下にスチームガス化
方法を利用して高由tuガス製品を製造する方法が提案
された。ガス化塔内に炭素ーァルカリ金属触媒、及び平
衡量の循環一酸化炭素及び水素が存在すると、追加の水
素及び二酸化炭素を生成する反応は抑制され、ほぼ熱的
に中立の反応が行われて本質的にメタンと二酸化炭素が
生成される。総合的な反応はほぼ熱的に中立であるから
、炭素質の供給物質の予熱と、ガス化塔からの熱損失の
補償による反応物質の反応温度の維持とに必要な少量の
熱入力やあればよい。この少量の熱は在来型の子熱炉に
おいてガス状反応物質を子熱することによって供給する
ことができる。上記の方法は別個の転化工程(シフト工
程)及びメタン化工程を要しないで炭素質供給材料から
高Btu製品を製造することを可能にし、それにより石
炭その他の炭素買物質からパイプライン級のガスを製造
する費用を大幅に減じるけれども、低温分離及び子熱と
いう比較的費用のかかる工程を使用する方法であるから
エネルギーの消費が大きい。従って、高いBtuパイプ
ライン級ガスの製造が必要でない場合には、低温分離及
び子熱工程を利用しない熱的に中立なガス化方法を利用
して、炭素ーアルカリ金属触媒と追加の水素及び一酸化
炭素との存在下で炭素質物質をガス化することが望まし
い。従って、本発明の目的は、石炭、石油コークス、重
油及び他の炭素質供給材料を炭素−アルカリ金属触媒並
びに添加された水素及び一酸化炭素の存在下にスチーム
(水蒸気)と反応させることにより中間体Btuガスを
生成するほぼ熱的に中立な方法を、比較的低い初期投下
資本で、運転に費用をかけないで、従釆の炭素質材料或
いは石炭からガス化燃料の製造よりも効率的に提供する
ことにある。{1'Next 010 Crime 21C020C Ratio (Exothermic)'2) C
O+9 days 2 → days 200 CH4 (febrile) '3' C02
14 days 2 → 200 CH4 (pyrogenic) under appropriate conditions,
These reactions may be carried out within the gasification zone, and may be provided with large quantities of methane and additional exothermic heat which must be provided by oxygen injection or other means. Laboratory tests and pilot plant tests have shown that the raw product gas thus produced is present in equilibrium concentrations at the reaction conditions and consists primarily of hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane and steam. The raw product gas is treated to remove steam and acid gases, mainly carbon dioxide and hydrogen sulfide, and the methane in the treated gas is reduced to an equilibrium concentration of carbon monoxide and hydrogen in the raw material gas. low-temperature separation of carbon monoxide and hydrogen in large quantities, and then drawing out methane as a high Btu gas;
Then, a method was proposed for producing high TU gas products using a steam gasification process in the presence of a carbon-alkali metal catalyst by returning carbon monoxide and hydrogen to the gasification tower. The presence of a carbon-alkali metal catalyst and an equilibrium amount of circulating carbon monoxide and hydrogen in the gasification column suppresses reactions that produce additional hydrogen and carbon dioxide, allowing nearly thermally neutral reactions to occur and essentially methane and carbon dioxide are produced. Since the overall reaction is nearly thermally neutral, only a small amount of heat input is required to preheat the carbonaceous feed and to maintain the reaction temperature of the reactants by compensating for heat losses from the gasification column. Bye. This small amount of heat can be provided by subheating the gaseous reactants in a conventional subheating furnace. The process described above enables the production of high Btu products from carbonaceous feedstock without separate conversion (shift) and methanation steps, thereby allowing pipeline-grade gas to be produced from coal and other carbon-purchasing materials. Although it significantly reduces the cost of manufacturing, it consumes a lot of energy because it uses relatively expensive steps of low-temperature separation and co-heating. Therefore, if production of high Btu pipeline grade gas is not required, a thermally neutral gasification process that does not utilize low temperature separation and subthermal steps may be used to combine a carbon-alkali metal catalyst with additional hydrogen and monoxide. It is desirable to gasify the carbonaceous material in the presence of carbon. It is therefore an object of the present invention to produce an intermediate intermediate by reacting coal, petroleum coke, heavy oil and other carbonaceous feedstocks with steam in the presence of a carbon-alkali metal catalyst and added hydrogen and carbon monoxide. A nearly thermally neutral method of producing Btu gas with a relatively low initial capital investment, inexpensive to operate, and more efficient than conventional production of gasified fuels from carbonaceous materials or coal. It is about providing.
本発明によると、中間Btuガスは、(1)スチームを
、炭素−アルカリ金属触媒並びに実質的に平衡量の追加
された水素及び一酸化炭素の存在下に、約10000F
−約15000F(53800一81600)の温度で
、約10のsia(7.0X9/地)以上、好ましくは
約300一約150加sja(21.1−105.5k
9/畝)の圧力下に、炭素資材料と反応させ、それによ
り反応温度及び圧力で主として平衡量のメタン、一酸化
炭素、二酸化炭素、スチーム及び水素より成る原料生成
ガスを生成し、(0)この原料生成ガスを反応帯域から
引出して処理することにより酸性ガスを除去して処理済
ガスとし、(m)この処理済ガスの一部を中間Btu製
品ガスとして引出し、(W)残りの処理済ガスを、スチ
ーム改質帯域において該ガス中のメタンがスチームと反
応して追加量の一酸化炭素と水素を生成するような条件
下に、スチームと反応させ、そして(V)スチーム改質
帯城からの流出流を反応帯城へ送ることからなる方法に
より発生されることが見出された。According to the present invention, the intermediate Btu gas is prepared by: (1) converting steam to about 10,000F in the presence of a carbon-alkali metal catalyst and substantially equilibrium amounts of added hydrogen and carbon monoxide;
- at a temperature of about 15,000F (53,800 - 81,600), greater than about 10 sia (7.0X9/ground), preferably about 300 - about 150 + sja (21.1 - 105.5K)
react with carbon material under a pressure of ) withdrawing this raw material product gas from the reaction zone and treating it to remove acid gas and producing a treated gas; (m) withdrawing a portion of this treated gas as an intermediate Btu product gas; and (W) treating the remainder. (V) reacting the finished gas with steam in a steam reforming zone under conditions such that methane in the gas reacts with the steam to produce additional amounts of carbon monoxide and hydrogen; It has been found that this can be generated by a method consisting of sending the effluent stream from the castle to the reaction zone castle.
処理済ガス流の改質帯域へ送られる量は一部分処理済ガ
スのメタン含有率により決定される。通常は、充分な量
のメタンをこの流れの中に存在させて政質帯城中で一酸
化炭素及び水素を充分な量で作り、それにより中間Bt
u製品ガスとして引出される処理済ガス中のこれらのガ
ス量を補償すべきである。従って、改質帯城の流出流は
通常、原料生成ガス中に存在するこれらのガスの平衡量
に等価な量で一酸化炭素及び水素を含有するものであり
、従って主としてメタンと二酸化炭素の形成を行うとこ
ろの熱的に中立の反応を行うために炭素−アルカリ金属
触媒及びスチームと共に実質的に平衡量の水素及び一酸
化炭素を供給することになる。十分な量のスチームが改
質帯城へ供給される処理済ガスと通常では混合されて、
充分な量の未反応スチームがスチーム改質帯域中に存在
するようにされ、かくて改質帯城中で行われる反応に必
要なすべてのスチームが実質的に提供される。The amount of treated gas stream sent to the reforming zone is determined in part by the methane content of the treated gas. Typically, sufficient methane is present in this stream to produce carbon monoxide and hydrogen in sufficient quantities in the political zone, thereby producing intermediate Bt
u should compensate for the amount of these gases in the processed gas withdrawn as product gas. Therefore, the reforming zone effluent stream typically contains carbon monoxide and hydrogen in amounts equivalent to the equilibrium amounts of these gases present in the feed product gas, and thus mainly contains methane and carbon dioxide formation. Substantially equilibrium amounts of hydrogen and carbon monoxide are provided along with the carbon-alkali metal catalyst and steam to carry out the thermally neutral reaction. A sufficient amount of steam is usually mixed with the treated gas to be fed to the reforming zone.
A sufficient amount of unreacted steam is ensured to be present in the steam reforming zone, thus providing substantially all the steam necessary for the reactions taking place in the reforming zone.
敦質帯城からの流出流はまた炭素質供給材料を反応温度
に子熱すると共に反応帯城からの熱損失を補償するのに
必要な顕熱を供給するのに使用できる。これは流出物が
反応帯城の温度よりも高い約1000F−約2500F
(37.8一12loo)の温度に保たれるようにして
改質帯城を作動させ、そしてこの流出流を実質的に冷却
することなく反応帯城へ送ることにより達成される。本
発明の方法は炭素質材料を従来利用され或いは提案され
た方法よりも安価に且つより大きいエネルギー効率でガ
ス化燃料に転換する方法である。The effluent stream from the porosity can also be used to heat the carbonaceous feed to reaction temperature and provide the sensible heat necessary to compensate for heat losses from the reaction swath. This means that the effluent is about 1000F - about 2500F higher than the temperature of the reaction zone.
This is achieved by operating the reforming zone at a temperature of (37.8 - 12 loo) and passing the effluent stream to the reaction zone without substantial cooling. The method of the present invention is a method for converting carbonaceous materials into gasified fuels at a lower cost and with greater energy efficiency than previously utilized or proposed methods.
本方法は炭素ーアルカリ金属触媒並びに実質的に平衡量
の追加水素及び一酸化炭素の存在下にスチームを炭素と
反応させて実質的に熱的に中立の反応を生起させ、それ
により反応帯域内に主としてメタンと二酸化炭素とを形
成させる。従来提案されている同様な方法とは異って、
本方法は高価でエネルギー消費の高い低温分離工程及び
子熱工程を必要としないで工業用燃料ガスとして広い用
途を有する中間Btuガスを製造するものである。以下
本発明を図面に関連して説明する。The process involves reacting steam with carbon in the presence of a carbon-alkali metal catalyst and substantially equilibrium amounts of additional hydrogen and carbon monoxide to produce a substantially thermally neutral reaction, thereby creating a substantially thermally neutral reaction within the reaction zone. Mainly methane and carbon dioxide are formed. Unlike similar methods proposed previously,
The process produces an intermediate Btu gas that has wide application as an industrial fuel gas without the need for expensive and energy-consuming low-temperature separation steps and subthermal steps. The invention will now be explained in conjunction with the drawings.
図面は石炭または同様な炭素質固体を炭素−アルカリ金
属触媒並びに平衡量の水素及び一酸化炭素の存在下にス
チームでガス化することにより、中間Btuガスを製造
する本発明の方法を示すフローダイヤグラムである。図
示されたプロセスは歴青炭、亜歴青炭、亜炭、石炭チャ
ー、コークスまたは同様の炭素質固形物を、高温度でし
かも供給固形物にアルカリ金属化合物の溶液またはこれ
ら化合物の混合物の溶液を含浸させた後アルカリ金属と
存在する炭素との間に相互作用が行われるに充分な温度
に熱して得た炭素−アルカリ金属触媒の存在下でスチー
ムと反応させることにより、これら固形物をガス化する
方法の1つを示す。The drawing is a flow diagram illustrating the process of the present invention for producing intermediate Btu gas by gasifying coal or similar carbonaceous solids with steam in the presence of a carbon-alkali metal catalyst and equilibrium amounts of hydrogen and carbon monoxide. It is. The process illustrated is to feed bituminous coal, subbituminous coal, lignite, coal char, coke or similar carbonaceous solids at elevated temperatures and to the feed solids with a solution of an alkali metal compound or a solution of a mixture of these compounds. After impregnation, these solids are gasified by reaction with steam in the presence of a carbon-alkali metal catalyst heated to a temperature sufficient to cause interaction between the alkali metal and the carbon present. One way to do this is shown below.
米国標準ふるいで約8メッシュ以下になるように粉砕さ
れた固形供給材料は供給物調整プラントまたは貯蔵所(
図示せず)から管路10へ供給される。管路10へ供給
された固形物はホッパー11または同様な容器へ送入さ
れ、そこから管路12を経て供給物調製帯城14へ送ら
れる。この帯域14はモータ16により駆動されるスク
リューコンベアまたは同等の装置15と、管路18から
供給されるアルカリ金属含有溶液のためのスプレィノズ
ルまたは同等の装置17と、スチームをこの帯城へ送入
するための同様なノズルまたは同等の手段19とより成
る。管略20から供給されるスチームは含浸された固形
物を加熱すると共に、水分を造出す作用をする。スチー
ムは帯城14から管路21を経て抜出された上図示しな
い凝縮器へ送られ、そこから補充水またはその他の目的
に使用するために回収されうる。アルカリ金属含有溶液
の過半部は後述するアルカリ金属回収部から管路49を
経て循環される。必要な補充用アルカリ金属溶液は管路
13から管路18へ導入することができる。約1−5の
重量%のアルカリ金属化合物またはかかる化合物の混合
物を石炭または他の炭素質固形物に与えるために充分な
アルカリ金属含有溶液を調製帯域14へ導入することが
望ましい。Solid feed materials ground to approximately 8 mesh or less on U.S. standard sieves must be placed in a feed conditioning plant or storage facility (
(not shown) to the conduit 10. The solids fed to line 10 are passed to a hopper 11 or similar container and from there via line 12 to feed preparation zone 14. This zone 14 is equipped with a screw conveyor or similar device 15 driven by a motor 16, a spray nozzle or similar device 17 for the alkali metal-containing solution supplied from a line 18, and a steam conveyor into this zone. a similar nozzle or equivalent means 19 for The steam supplied from pipe 20 serves to heat the impregnated solids and to create moisture. Steam is routed from the belt 14 via line 21 to a condenser, not shown above, from which it can be recovered for use as make-up water or for other purposes. The majority of the alkali metal-containing solution is circulated through a pipe 49 from an alkali metal recovery section, which will be described later. The necessary replenishment alkali metal solution can be introduced into line 18 through line 13. It is desirable to introduce sufficient alkali metal-containing solution into preparation zone 14 to provide about 1-5 weight percent of an alkali metal compound or mixture of such compounds to the coal or other carbonaceous solids.
約5−30%が一般に適当とされる。帯域14中で調製
された乾燥含浸固形粒子は管路24に引出されて閉じた
ホッパーまたは同様の容器25へ送られ、そこからこれ
ら固形粒子は管路27の星形車送り装置または同等の手
段26を通して上昇した圧力、即ちそれらの固形粒子を
管路28から管路29へ導入される循環製品ガス、スチ
ーム、不活性ガス、または他の高圧力キャリアガスの流
れに連行させるに充分な上昇した圧力で放出される。キ
ャリアガス及びそれに連行される固形物は管路29から
マニホルド(多岐管)30へ、次で供給管31、そして
ノズル(図示せず)を経てガス化塔32へと供給される
。ホッパ−25及び星形車供給装置26の代りもこ、ま
たはこれらに加えて、供給系統は平行ロックホツパー、
加圧ホツパー、直列に動作される通気された供給塔(a
eratedsねndpipe)、または入力供給固形
物流を所要の圧力レベルに加圧するための他の装置を使
用することができる。ガス化塔32を約300−150
0psia(21.1−105k9/洲)の圧力で動作
させることが一般に望ましい。About 5-30% is generally considered suitable. The dry impregnated solid particles prepared in zone 14 are drawn off in line 24 to a closed hopper or similar vessel 25 from where they are transferred to a star wheel feeder or equivalent means in line 27. 26, sufficient to entrain those solid particles into the stream of circulating product gas, steam, inert gas, or other high pressure carrier gas introduced from line 28 into line 29. Released under pressure. The carrier gas and its entrained solids are fed from line 29 to a manifold 30, then to a feed line 31, and then to a gasification column 32 via a nozzle (not shown). In place of, or in addition to, the hopper 25 and star wheel feeder 26, the feed system includes a parallel lock hopper,
Pressurized hopper, aerated feed tower (a
(erated pipes) or other devices for pressurizing the input feed solids stream to the desired pressure level may be used. The gasification tower 32 is about 300-150
It is generally desirable to operate at a pressure of 0 psia.
キャリアガス及び連行された固形物はガス化塔の動作圧
力を若干超える圧力で導入される。キャリアガスは約3
000F(149o0)を超えるが使用される石炭また
は他の供給材料の初期軟化点よりも低い温度に予熱する
ことができる。供給粒子はキャリアガス1ポンド(lk
9)につき固形供給粒子約0.2一0.5ポンド(k9
)の濃度となるようにキャリアガス中に浮遊(susp
end)させることができる。特定のシステムに対する
最適比は一部は粒子寸法、粒子密度、使用ガスの分子量
、固形供給粒子の温度、入力ガス流の温度、使用される
アルカリ金属化合物の量及び他の因子に依存する。一般
にキャリアガス1ポンド(lk9)につき約0.5一4
.0ポンド(k9)の固形供給粒子の比が好ましい。ガ
ス化塔32は図示しない内部格子または同機な分配装置
の上方に延びる炭素質固形物の流動床を含む。The carrier gas and entrained solids are introduced at a pressure slightly above the operating pressure of the gasification column. The carrier gas is about 3
It can be preheated to a temperature above 000F (149o0) but below the initial softening point of the coal or other feed material used. The feed particles are mixed with 1 pound (lk) of carrier gas.
Approximately 0.2-0.5 pounds (k9) of solid feed particles per 9)
) suspended in the carrier gas to a concentration of
end). The optimum ratio for a particular system depends in part on particle size, particle density, molecular weight of the gas used, temperature of the solid feed particles, temperature of the input gas stream, amount of alkali metal compound used, and other factors. Generally about 0.5-4 per pound (lk9) of carrier gas
.. A ratio of 0 pounds (k9) of solid feed particles is preferred. Gasification column 32 includes a fluidized bed of carbonaceous solids extending above an internal grate or inorganic distribution device, not shown.
この流動床は管路33、マニホルド30、円形に離間配
置された管及びノズル35、及び底部入口管36より導
入されるスチーム、水素及び一酸化炭素により流動状態
に保たれる。図示された特定の注入装置は臨界的という
わけではなく、スチーム、水素及び一酸化炭素の他の注
入方法も使用できる。例えば或る場合には、これらのガ
スを多重ノズルから導入して注入された流体のより均一
な分布を達成し、チャンネリングの可能性及び関連した
問題点を無くすることが好ましい場合がある。流動床内
の上昇ガスの空間速度は通常は約15−30戊客(スチ
ーム、水素及び一酸化炭素)/1客(流動化固形物)で
ある。ガス化塔32の流動床内では、アルカリ金属化合
物またはかかる化合物の混合物で含浸された炭素質固形
物が約1000−15000F(538−81600)
の範囲の温度、より好ましくは約1200−14000
F(649−761℃)の範囲の温度で処理される。こ
の温度では、アルカリ金属成分は炭素質固形物中の炭素
と相互作用をして炭素ーアルカリ金属触媒を形成する。
この触媒は適当な反応条件下にガス化期間中に起りつつ
ある気相反応を平衡化して追加のメタンを生成させ、同
時に充分な量の追加の発熱性熱量をその場で供給する。
炭素−アルカリ金属触媒が存在する結果として形成され
る気相平衡条件のためと、平衡量の水素と一酸化炭素が
床の下端近くからスチームと共に注入されるためとによ
り、反応生成物は正常では主としてメタンと二酸化炭素
から成る。本件触媒と水素と一酸化炭素が存在しなけれ
ば通常余計の水素と一酸化炭素を生じる傾向のある競合
反応が抑制される。同時に、水素と炭素酸化物との反応
、及び一酸化炭素とスチームとの反応の結果、実質的な
量の発熱性熱が放出される。この発熱反応熱はスチーム
と炭素の反応で消費される吸熱性熱をバランスさせる傾
向を示し、これにより熱的に中立の反応を起こさせる。
反応熱に関する限り、こうしてガス化塔は大きく見て熱
的に平衡している。供給石炭を予熱して反応温度にする
と共に、ガス化塔からの熱損失を補償するのに使用され
る熱は大部分スチーム、水素及び一酸化炭素中の過剰な
熱により供給される。接触気相反応により提供される発
熱性熱が無ければ、スチーム、水素及び一酸化炭素は本
発明で使用される温度よりも充分に高い温度に熱せられ
なければならないであろう。上記したプロセスに利用さ
れる炭素ーアルカリ金属触媒は、炭素質供給材料にアル
カリ金属含有溶液を含浸し、次でこの含浸された固形物
をガス化塔そのものの中で約8000F(427qo)
以上の温度に加熱することによって調製される。The fluidized bed is maintained in a fluidized state by steam, hydrogen and carbon monoxide introduced through line 33, manifold 30, circularly spaced tubes and nozzles 35, and bottom inlet tube 36. The particular injection device shown is not critical; other injection methods for steam, hydrogen, and carbon monoxide may also be used. For example, in some cases it may be preferable to introduce these gases through multiple nozzles to achieve a more uniform distribution of the injected fluid and eliminate the possibility of channeling and associated problems. The space velocity of the rising gas in the fluidized bed is typically about 15-30 centimeters (steam, hydrogen and carbon monoxide)/1 centimeter (fluidized solids). Within the fluidized bed of gasification column 32, carbonaceous solids impregnated with an alkali metal compound or a mixture of such compounds are present at a temperature of about 1000-15000F (538-81600).
more preferably about 1200-14000
Processed at temperatures ranging from 649-761°C. At this temperature, the alkali metal component interacts with the carbon in the carbonaceous solids to form a carbon-alkali metal catalyst.
This catalyst equilibrates the gas phase reactions occurring during the gasification period under suitable reaction conditions to produce additional methane while simultaneously providing a sufficient amount of additional exothermic heat in situ.
Due to the gas phase equilibrium conditions formed as a result of the presence of the carbon-alkali metal catalyst, and because equilibrium amounts of hydrogen and carbon monoxide are injected with the steam near the bottom of the bed, the reaction products are normal. Consists primarily of methane and carbon dioxide. In the absence of the present catalyst and hydrogen and carbon monoxide, competing reactions that would normally tend to produce excess hydrogen and carbon monoxide are suppressed. At the same time, a substantial amount of exothermic heat is released as a result of the reaction of hydrogen with carbon oxides and the reaction of carbon monoxide with steam. This exothermic heat of reaction tends to balance the endothermic heat consumed in the steam and carbon reaction, thereby producing a thermally neutral reaction.
As far as the heat of reaction is concerned, the gasification column is thus broadly thermally balanced. The heat used to preheat the feed coal to reaction temperature and to compensate for heat losses from the gasifier is provided mostly by the excess heat in the steam, hydrogen and carbon monoxide. Without the exothermic heat provided by the catalytic gas phase reaction, the steam, hydrogen and carbon monoxide would have to be heated to temperatures well above those used in this invention. The carbon-alkali metal catalyst utilized in the process described above involves impregnating a carbonaceous feed with an alkali metal-containing solution and then converting the impregnated solids to approximately 8000 F (427 qo) in the gasification tower itself.
It is prepared by heating to above temperature.
本発明の方法に使用されるアルカリ金属触媒はガス化す
べき炭素質材料または固形物へ含浸させなくても、或い
はガス化塔内で加熱しなくても調製しうろことを理解す
べきである。例えば加熱工程は固形物供給調製帯城中で
、或いは外部ヒータ内で行うことができる。使用される
炭素質固形物は大抵の場合ガス化しようとするものであ
るが、或る場合には供給固形物以外の炭素質材料が使用
されてもよい。或る場合には、外表面に炭素を付着した
不活性キャリアにはシリカ、アルミナ、シリカーアルミ
ナ、ゼオラィト及び同等物が含まれる。触媒粒子は炭素
とアルカリ金属とから実質的に成っていてもよく、或い
は不活性キャリアに付着させた炭素とアルカリ金属とか
ら成っていてもよく、それら粒子は微粉末から相粒塊ま
での範囲の大きさでありうる。約4−100メッシュ(
米国標準ふるい)の粒子が一般に好ましい。特定の反応
操作に使用される寸法は触媒が使用される系内のガス速
度その他の条件に一部依存する。流動床系では、粒子寸
法は流動床の動作条件に一部依存する。固定床系または
移動床系では、触媒の粒子寸法は一般にあまり重要でな
い。炭素−アルカリ金属触媒を調製するには種々のアル
カリ金属成分が使用できる。It should be understood that the alkali metal catalysts used in the process of the present invention may be prepared without impregnation of the carbonaceous material or solids to be gasified or heating within the gasification column. For example, the heating step can be performed in the solids feed preparation zone or in an external heater. The carbonaceous solids used are most often those intended to be gasified, but in some cases carbonaceous materials other than feed solids may be used. In some cases, inert carriers with carbon attached to their outer surfaces include silica, alumina, silica-alumina, zeolites, and the like. The catalyst particles may consist essentially of carbon and alkali metals, or they may consist of carbon and alkali metals attached to an inert carrier, and the particles range from fine powders to phase agglomerates. It can be as large as . Approximately 4-100 mesh (
US Standard Sieve) particles are generally preferred. The dimensions used for a particular reaction operation will depend in part on gas velocities and other conditions within the system in which the catalyst is used. In fluidized bed systems, particle size depends in part on the operating conditions of the fluidized bed. In fixed bed or moving bed systems, the particle size of the catalyst is generally less important. A variety of alkali metal components can be used to prepare carbon-alkali metal catalysts.
適当なアルカリ金属成分はアルカリ金属自体、アルカリ
金属の炭酸塩、重炭酸塩、ぎ酸塩、重りん酸塩、しゆう
酸塩、アルミン酸塩、アミド、水酸化物、酢酸塩、硫酸
塩(s山fates、hydrosul笹tes)、硫
化物、夕ングステン酸塩、これらの混合物、及びその他
同様な化合物の如きアルカリ金属化合物である。これら
すべてが同等に有効ではないから、特定のアルカリ金属
成分から調製された触媒が或る条件下に他の条件下より
も良い結果を与えることが予期できる。一般に、イオン
化定数が約1×10‐3以下の有機または無機酸から導
かれるセシウム、カリウム、ナトリウム及びリチウムの
塩、及びアルカリ金属の水酸化物が好ましい。セシウム
化合物が最も効果的であり、次にカリウム、ナトリウム
、リチウムの各化合物がこの順に有効である。これらの
化合物のうち、カリウム化合物、ナトリウム化合物、そ
れらの混合物は、活性が高く、セシウム化合物よりも安
価であるから広く使用される。炭酸カリウム及び炭酸カ
リウムと炭酸ナトリウムの混合物が特に効果的である。
図示の実施例において、アルカリ金属成分及び炭素質固
形物は、水溶性のアルカリ金属化合物を水性媒体に熔解
させ、炭素質固体の粒子にこの得られた水性溶液を浸債
または吹付けによって含浸させ、次で乾燥することによ
り、親密な混合物を形成するように結合される。Suitable alkali metal components include the alkali metals themselves, alkali metal carbonates, bicarbonates, formates, biphosphates, oxalates, aluminates, amides, hydroxides, acetates, sulfates ( alkali metal compounds such as sulfuric acid, hydrosulfate, sulfides, sulfuric acid salts, mixtures thereof, and other similar compounds. Since they are not all equally effective, it can be expected that catalysts prepared from particular alkali metal components will give better results under some conditions than others. Generally, cesium, potassium, sodium and lithium salts and alkali metal hydroxides derived from organic or inorganic acids with ionization constants of about 1 x 10-3 or less are preferred. Cesium compounds are the most effective, followed by potassium, sodium, and lithium compounds in that order. Among these compounds, potassium compounds, sodium compounds, and mixtures thereof are widely used because they have high activity and are cheaper than cesium compounds. Particularly effective are potassium carbonate and mixtures of potassium carbonate and sodium carbonate.
In the illustrated embodiment, the alkali metal component and the carbonaceous solid are prepared by dissolving a water-soluble alkali metal compound in an aqueous medium and impregnating particles of the carbonaceous solid with the resulting aqueous solution by impregnation or spraying. , and then combined to form an intimate mixture by drying.
かかる親密混合物を形成するには他の方法を用いてもよ
いことに注意すべきである。例えば或る場合には、炭素
資材料の含浸は、微細なアルカリ金属またはアルカリ金
属化合物を炭化水素溶媒または他の低粘度で高揮発性の
不活性溶媒中に懸濁させ、その後炭素質固体をこの懸濁
溶媒で処理することにより行うことができる。また他の
場合には、非常に微細に分割されたアルカリ金属または
アルカリ金属化合物を油または同様のバインダー中で炭
素と共にべレツト状に形成し、次でこのべレットを高温
に加熱すると有利なことがある。さらに、単純に微細な
炭素質材料を粉末状アルカリ金属塩と混合した上、所望
の温度に加熱する方法、その他の任意の方法も或る場合
には使用できる。炭素質固体とアルカリ金属成分を結合
させ、次で上昇した温度に加熱する際に生じる相互作用
の機構は完全には理解されていない。It should be noted that other methods may be used to form such intimate mixtures. For example, in some cases, impregnation of carbonaceous materials involves suspending finely divided alkali metals or alkali metal compounds in a hydrocarbon solvent or other low viscosity, highly volatile inert solvent and then adding carbonaceous solids to the material. This can be carried out by treatment with this suspension solvent. In other cases, it may be advantageous to form a very finely divided alkali metal or alkali metal compound into a pellet with carbon in an oil or similar binder and then heat the pellet to a high temperature. There is. Furthermore, a method in which a fine carbonaceous material is simply mixed with a powdered alkali metal salt and then heated to a desired temperature, or any other method may be used in some cases. The mechanism of interaction that occurs when carbonaceous solids and alkali metal components are combined and then heated to elevated temperatures is not completely understood.
1つの可能な説明はアルカリ金属が炭素と反応して層状
に入り組んだ炭素−アルカリ金属化合物及び錆体を形成
するらしいということである。One possible explanation is that the alkali metal appears to react with the carbon to form a layered, intricate carbon-alkali metal compound and rust body.
研究によると、炭素質固体またはアルカリ金属成分単独
ではスチーム、水素、一酸化炭素、二酸化炭素及びメタ
ンを含む気相反応に対して平衡状態を作るには充分でな
いこと、触媒活性は炭素とアルカリ金属の化合物または
鎖体が系内に存在するときにのみ得られるということが
分った。従って両成分は触媒に共存しなければならない
。実験によると、本触媒は硫黄化合物の存在下における
劣化に抵抗すること、高温度で嘘結し難いこと、及び石
炭のガス化中に通常生成されるガスを含む気相反応を平
衡化させることが分った。これらの有利な特性及び他の
特性の結果、本触媒は従来使用された他の触媒よりも格
段に有利である。再び図面を参照するに、ガス化塔32
の流動床を出て行くガスは分離帯城として働く化塔の上
部へ向い、そこで床を出て行くガスには重過ぎて連行で
きない粒子は床に戻される。Studies have shown that carbonaceous solids or alkali metal components alone are not sufficient to create equilibrium for gas phase reactions involving steam, hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, and methane, and that catalytic activity is limited between carbon and alkali metals. was found to be obtained only when the compound or chain is present in the system. Therefore, both components must coexist in the catalyst. Experiments have shown that the catalyst resists degradation in the presence of sulfur compounds, is resistant to condensation at high temperatures, and equilibrates gas-phase reactions involving gases normally produced during coal gasification. I understand. As a result of these advantageous properties and others, the present catalyst has significant advantages over other catalysts previously used. Referring again to the drawings, the gasification tower 32
The gas leaving the fluidized bed is directed to the top of the tower, which acts as a separator, where particles that are too heavy for the gas leaving the bed to be entrained are returned to the bed.
所望により、この分離帯城は比較的大きい粒子をガスか
ら分離するために1個以上のサイクロン分離器または同
様の手段を含んでもよい。ガス化塔の上部から管路37
に引出されたガスは反応温度及び圧力にあるメタン、二
酸化炭素、水素、一酸化炭素及び未反応スチームの平衡
混合物を含んでいる。このガス中にはさらに硫化水素、
アンモニア、供給材料中に含まれていた硫黄及び窒素か
ら形成された他の汚染物、及び連行される微粉を含む。
この原料生成ガスは大きい粒子の除去のためにサイクロ
ン分離器または同様の装置38へ導入される。頂部流出
ガス(オーバーヘッドガス)は次に管路39から第2の
分離器41に導かれて小さい粒子の除去が行われる。固
形物を除去したガスは分離器41の頂部から管路42に
引出され、そして徴粉はガス化塔へ戻されるかまたはア
ルカリ金属回収部へ送られる。図示のシステムにおいて
、高灰分を有するチャー粒子はガス化塔32から管路4
4を通して引出され、これによりシステム内の灰分を制
御し、さらに触媒のアルカリ金属成分の回収及び再循環
を可能にする。管路44中の固形物は管路(diple
g)40,43.45を経て回収されたガス化塔頂部の
徴粉と合体された上、アルカリ金属回収装置46へ送ら
れる。回収装置46は通常では多段向流式浸出装置であ
り、高灰分の粒子が管略47から導入される水または希
薄なぎ酸溶液等と向流的に接触される。アルカリ金属化
合物の水溶液がアルカリ金属回収装置46から管路48
に取出され、これが管路49,18を通して供給調製帯
城14へ再循環される。可溶性のアルカリ金属化合物の
実質的に全部が浸出された残りの灰分は回収装置46か
ら管路50へ抜出され、さらに追加のアルカリ金属成分
を回収するために更に処理される。分離器41から出て
行くガスは管路42から気−気熱交換器51へ通され、
そこでガスは管路72を通して再循環される中間Bのガ
スと間接的に熱交換される。If desired, the separator may include one or more cyclone separators or similar means to separate relatively large particles from the gas. Pipe line 37 from the top of the gasification tower
The gas drawn off contains an equilibrium mixture of methane, carbon dioxide, hydrogen, carbon monoxide and unreacted steam at reaction temperature and pressure. This gas also contains hydrogen sulfide,
Includes ammonia, other contaminants formed from sulfur and nitrogen contained in the feed, and entrained fines.
This feed product gas is introduced into a cyclone separator or similar device 38 for removal of large particles. The overhead gas is then directed via line 39 to a second separator 41 for small particle removal. The solids-free gas is withdrawn from the top of separator 41 into line 42, and the fines are returned to the gasification column or sent to an alkali metal recovery section. In the illustrated system, char particles having a high ash content are transferred from gasifier 32 to line 4
4, which controls the ash content in the system and also allows recovery and recycling of the alkali metal component of the catalyst. The solids in conduit 44 are separated from the conduit (diple
g) It is combined with the powder at the top of the gasification tower recovered through 40, 43, and 45, and then sent to the alkali metal recovery device 46. The recovery device 46 is typically a multi-stage countercurrent leaching device in which the high ash particles are countercurrently contacted with water, dilute formic acid solution, etc. introduced through a line 47. An aqueous solution of an alkali metal compound is passed from an alkali metal recovery device 46 to a pipe 48.
It is removed through lines 49 and 18 and recycled to feed preparation belt 14. The remaining ash, from which substantially all of the soluble alkali metal compounds have been leached, is withdrawn from recovery device 46 to line 50 for further processing to recover additional alkali metal components. Gas leaving the separator 41 is passed through line 42 to an air-to-air heat exchanger 51;
There, the gas is indirectly heat exchanged with the intermediate B gas which is recycled through line 72.
冷却されたガスは次に管路53を通して廃熱ボイラー5
4に送入され、そこでガスは管路55を通して導入され
る水との間接的な熱交換により冷却される。充分な熱が
ガスから水に伝達されて水はスチーム(水蒸気)に変わ
り、そしてこのスチームは管路56に引出される。この
冷却工程中に、熱交換器51からのガス中の未反応スチ
ームは凝縮されて凝縮物として管路57に引出される。
廃熱ボイラー54から管路58へ出て行く冷却されたガ
スは水スクラバー59へ送られる。ガス流はこのスクラ
バー中を上昇して、スクラバ−頂部の管路60から噴射
される水と接触される。水はガス流中のアンモニア及び
硫化水素の一部を吸収し、次でスクラバ−の底から管路
61へ抜出され、それから後処理のために下流側の諸装
置へ送られる。水で洗浄されたガス流はスクラバ−から
管路62へ引出され、次工程の硫化水素及び他の酸性ガ
スの大部分を除去する処理に備えることになる。ガス流
は水スクラバー59から管路62を経て溶剤スクラバー
63の底部へ送入される。The cooled gas then passes through line 53 to waste heat boiler 5
4, where the gas is cooled by indirect heat exchange with water introduced through line 55. Sufficient heat is transferred from the gas to the water to convert the water to steam, which is then withdrawn into line 56. During this cooling step, unreacted steam in the gas from heat exchanger 51 is condensed and drawn off as condensate into line 57.
Cooled gas leaving waste heat boiler 54 in line 58 is sent to water scrubber 59. The gas stream rises through the scrubber and is contacted by water injected from line 60 at the top of the scrubber. The water absorbs some of the ammonia and hydrogen sulfide in the gas stream and is then withdrawn from the bottom of the scrubber into line 61 and then sent to downstream equipment for after-treatment. The water-scrubbed gas stream is withdrawn from the scrubber to line 62 in preparation for subsequent processing to remove most of the hydrogen sulfide and other acid gases. The gas stream is passed from the water scrubber 59 via line 62 to the bottom of the solvent scrubber 63.
ここでガスはスクラバー63の接触帯域を通して上昇し
て、管路64から溶剤スクラバーの頂部へ導入されるモ
ノエタノールアミン、ジェタノールアミン、アミノ酸の
ナトリウム塩溶液、メタノール、熱い炭酸カリウム、そ
の他の溶剤の下降流と接触する。所望により溶剤スクラ
バーはスプレイノズル、多孔板、バブルキャップ板、充
填物、その他ガスと溶剤の接触を促進する手段を具備さ
せることができる。ガスが接触帯域を通して上昇すると
き、硫化水素、二酸化炭素、及び他の酸性ガスが溶媒に
より吸収された上、管路65から出て行く。二酸化炭素
、硫化水素、及び他の汚染物を含有する使用済の溶剤は
この管路65から図示しないストリッパーへ導かれて、
そこでスチームその他のストリッピソグガスと接触され
て吸収されている汚染物を迫出し、以つて溶剤を再生す
る。再生された溶剤は次に管路64を経てスクラバー6
3の頂部へ戻して噴射させることができる。主としてメ
タン、水素及び一酸化炭素を、ガス化塔32から管路3
7へ引出された原料生成ガス中のこれらガスの平衡量に
等価な量で含む清浄なガスは、溶剤スクラバ−63の頂
部から管路66へ引出される。或る場合には、溶剤スク
ラバーを若干の二酸化炭素が頂部ガス流中に存在するよ
うな条件下で操作することが望ましいことがある。この
頂部ガス中のメタン含有量は通常では約20−60モル
%の範囲にあり、またこのガスは中間的なBtu加熱値
、即ち通常では約400−75肥tu/標準立方フィー
ト(11.3一21.$tu/で)を含む。このガスの
一部は中間郡山製品ガスとして管路75から回収され、
これは次に他の工業的プラントの熱源用燃料として、或
いは他の用途に使用できる。中情肥tuガスのうち、製
品として回収されなかった部分は、管路67を通して圧
縮器68に送られ、そこでガス圧力はガス化塔32にお
ける動作圧力よりも約25−75psi(1.76一5
.27k9′の)高い圧力に昇温される。加圧されたガ
スは圧縮器68から管路69を経てスチーム改質炉71
の煙道中のチューブ7川こ通される。ここで、この加圧
されたガスは炉71内で発生された熱い煙道ガスとの間
接的な熱交換で熱を吸収する。このガスはチューブ70
から管路72に出て行き、廃熱ボイラー54で発生され
且つ管路56を経て来る管路72へ注入されるスチーム
と合体混合される。この中間B■ガスとスチームの混合
物は次に管路72から気−気熱交換器51へ通されて、
そこで分離器41からの原料生成ガスと間接的に熱交換
することにより加熱される。加熱された混合物は熱交換
器51から取出されて管路73に通され、次でスチーム
改質炉71へ入る。予熱されたスチーム−中間Bmガス
混合物(管路73内)は通常は主として一酸化炭素、水
素、スチーム及びメタンより成る。Here the gases rise through the contacting zone of the scrubber 63 and contain monoethanolamine, jetanolamine, sodium salt solutions of amino acids, methanol, hot potassium carbonate, and other solvents which are introduced from line 64 into the top of the solvent scrubber. come into contact with the downdraft. If desired, the solvent scrubber can be equipped with spray nozzles, perforated plates, bubble cap plates, fillers, or other means to promote gas and solvent contact. As the gas rises through the contacting zone, hydrogen sulfide, carbon dioxide, and other acid gases are absorbed by the solvent and exit line 65. Spent solvent containing carbon dioxide, hydrogen sulfide, and other contaminants is conducted from this line 65 to a stripper, not shown.
It is then contacted with steam or other stripping gas to force out the absorbed contaminants and thereby regenerate the solvent. The regenerated solvent then passes through line 64 to scrubber 6.
It can be returned to the top of 3 and sprayed. Mainly methane, hydrogen and carbon monoxide are transported from the gasification tower 32 to the pipe 3.
Clean gas containing an amount equivalent to the equilibrium amount of these gases in the raw material product gas drawn out to 7 is drawn out from the top of the solvent scrubber 63 to a conduit 66. In some cases, it may be desirable to operate the solvent scrubber under conditions such that some carbon dioxide is present in the top gas stream. The methane content in this top gas is typically in the range of about 20-60 mole percent, and the gas has an intermediate Btu heating value, typically about 400-75 tu/ft3 (11.3 -21.$tu/). A part of this gas is recovered from pipe 75 as Nakakoriyama product gas,
This can then be used as a fuel for heat sources in other industrial plants or for other uses. The portion of the gas that is not recovered as product is sent through line 67 to compressor 68 where the gas pressure is approximately 25-75 psi below the operating pressure in gasifier 32. 5
.. 27k9'). The pressurized gas is passed from the compressor 68 through a pipe 69 to a steam reforming furnace 71.
Seven tubes are passed through the flue. Here, this pressurized gas absorbs heat in indirect heat exchange with the hot flue gas generated in the furnace 71. This gas is tube 70
It exits into line 72 and is combined with steam generated in waste heat boiler 54 and injected into line 72 via line 56 . This mixture of intermediate B gas and steam is then passed through line 72 to air-air heat exchanger 51.
There, it is heated by indirectly exchanging heat with the raw material generated gas from the separator 41. The heated mixture is removed from heat exchanger 51 and passed through line 73 and then into steam reforming furnace 71. The preheated steam-intermediate Bm gas mixture (in line 73) typically consists primarily of carbon monoxide, hydrogen, steam and methane.
混合物は次にスチーム教質炉71の内部チューブ74に
導入されて中間Bのガスとスチームとの間に在来技術に
よるスチーム改質触媒の存在下に相互反応が行われる。
触媒は通常は不活性キャリアに担持された金属成分であ
る。この金属成分は通常では周期律表のW−B族、及び
鉄族から選択されるもので、クロム、モリブデン、タン
グステン、ニッケル、鉄、及びコバルトがこの中に含ま
れる。また少量の炭酸カルシウムまたは同様の化合物を
促進剤として含めることもできる。適当な不活性キャリ
アはシリカ、アルミナ、シリカーアルミナ、ゼオラィト
、等である。図示のスチーム改質炉は圧縮器68から管
路69に引出された高圧中間B机ガスを子熱するチュー
ブ70を具備するものとして示した。スチーム教質炉7
1は中間B瓜ガス中のメタンが式日20十CH4一犯2
十COに従って追加の水素と一酸化炭素を生成するよう
な条件下に運転される。The mixture is then introduced into the inner tube 74 of the steam reforming furnace 71 where an interaction takes place between the intermediate B gas and the steam in the presence of a conventional steam reforming catalyst.
The catalyst is usually a metal component supported on an inert carrier. This metal component is typically selected from the W-B and iron groups of the periodic table, including chromium, molybdenum, tungsten, nickel, iron, and cobalt. Small amounts of calcium carbonate or similar compounds may also be included as accelerators. Suitable inert carriers are silica, alumina, silica alumina, zeolites, and the like. The illustrated steam reforming furnace is shown as being equipped with a tube 70 that heats the high-pressure intermediate B gas drawn out from the compressor 68 into the pipe line 69. Steam teaching furnace 7
1 is the methane in the middle B melon gas on the wedding day 200 CH4 one crime 2
It is operated under such conditions that it produces additional hydrogen and carbon monoxide according to the amount of CO.
改質炉71内の温度は通常は約1200−18000F
(649−98才○)、好ましくはガス化塔32の温度
よりも約100−2500F(55−130q0)高い
値に保たれる。圧力はガス化塔のそれよりも約10一3
蛇si(0.7−2.1k9/c鰭)高い値に保たれる
。中間Btuガスに対するスチ−ムの比は約2.0−4
.0以上で、好ましくは約2.5一3.5である。改質
炉は好ましくは管路75から製品として取出される中間
Btuガスの一部により加熱される。所要量のガスが管
路75から管路76に引出され、次でスチーム改質炉7
1内の火室に直懐送入される。スチーム教質炉71から
の流出流(通常、水素、一酸化炭素及び未反応スチーム
から主として成る混合物)は管路77,76,33を経
てガス化塔32へ送入されるが、その場合に実質的な冷
却が行われないようにすることが望ましい。The temperature inside the reforming furnace 71 is usually about 1200-18000F.
(649-98 years old), preferably maintained at a value about 100-2500F (55-130q0) higher than the temperature of the gasification tower 32. The pressure is about 10-3 higher than that of the gasification tower.
Snake si (0.7-2.1k9/c fin) is kept high. The ratio of steam to intermediate Btu gas is approximately 2.0-4
.. 0 or more, preferably about 2.5-3.5. The reformer is preferably heated by a portion of the intermediate Btu gas removed as product from line 75. The required amount of gas is drawn from line 75 to line 76 and then to the steam reformer 7.
It is directly fed into the firebox inside the firebox. The effluent stream from the steam furnace 71 (usually a mixture consisting primarily of hydrogen, carbon monoxide, and unreacted steam) is passed to the gasification column 32 via lines 77, 76, and 33; It is desirable to avoid substantial cooling.
このスチームは炭素−アルカリ金属触媒の他にガス化塔
で必要な水素、一酸化炭素及びスチームの第1の供給源
であり、主に二酸化炭素とメタンとより成るガスを生成
する熱的に中立の反応を行わせる。従って、改質炉71
の流出流はガス化塔で必要な実質的に平衡量の一酸化炭
素と水素とを供給するに充分なこれらガス、及びガス化
塔で行われる反応に必要なスチームの実質的に全部を供
給するに充分な禾反応スチームを含有していることが望
ましい。所要量の水素及び一酸化炭素を流出流中に含有
させるには、改質炉への供給流中に充分なメタンを存在
させて、充分な一酸化炭素と水素がメタンのスチーム改
質により生成されるようにし、これにより管路75から
引出される中間Btu製品ガス中に除去される水素及び
一酸化炭素の量を補償すべきである。これは管路67の
点から改質炉へ供給されるガス流の大きさ、従ってメタ
ン含有量を調節することによって達成しうる。若しも管
路56を経て管路72の改質炉供給流へ添加されるスチ
ームの量が炉内で消費される量を実質的に超過せず、改
質炉の流出流中に所要量の未反応スチームを含んでいる
ならば、追加のスチームを管路78から管路72に吹込
むことができる。熱効率の観点からは、本発明における
スチーム改質工程は別個の予熱工程が不要となるような
方法で使用することが望ましい。これは故質炉の燃焼速
度を流出流がガス化塔内の動作温度よりも約100一2
500F(55一130oo)高い温度になるように調
節して炭素質供給材料を反応温度に予熱し、ガス化中に
失われる熱損失を補償してすべての反応物をかかる温度
に維持することによって達成できる。これに関し、スチ
ーム改質炉からの流出物を実質上冷却が生じないように
してガス化塔へ送ることが重要である。以上により、本
発明は炭素−アルカリ金属触媒並びに実質的に平衡量の
追加水素及び一酸化炭素の存在下に炭素質材料をスチー
ムによりガス化する改良された方法を提供すること、そ
してかかる方法が比較的単純で、エネルギー効率が良く
、しかも従来提案されたよりも安価であることが明らか
であろう。This steam is the primary source of hydrogen, carbon monoxide and steam required in the gasification column, in addition to the carbon-alkali metal catalyst, producing a thermally neutral gas consisting primarily of carbon dioxide and methane. Let the reaction take place. Therefore, the reforming furnace 71
The effluent stream supplies sufficient of these gases to provide the substantially equilibrium amounts of carbon monoxide and hydrogen required in the gasification column and substantially all of the steam required for the reactions carried out in the gasification column. It is desirable to contain sufficient reaction steam for the reaction. To achieve the required amount of hydrogen and carbon monoxide in the effluent stream, sufficient methane must be present in the feed stream to the reformer so that sufficient carbon monoxide and hydrogen are produced by the steam reforming of the methane. This should compensate for the amount of hydrogen and carbon monoxide removed in the intermediate Btu product gas withdrawn from line 75. This can be achieved by adjusting the magnitude of the gas flow supplied to the reformer from the point of line 67, and thus the methane content. If the amount of steam added to the reformer feed stream in line 72 via line 56 does not substantially exceed the amount consumed in the furnace and the required amount is added to the reformer effluent stream, Additional steam can be blown into line 72 from line 78 if it contains unreacted steam. From the standpoint of thermal efficiency, it is desirable to use the steam reforming step in the present invention in a manner that eliminates the need for a separate preheating step. This makes the burning rate of the waste furnace approximately 100 - 2
By preheating the carbonaceous feed to the reaction temperature by adjusting the temperature to 500 F (55 - 130 oo) higher and maintaining all reactants at that temperature to compensate for heat loss lost during gasification. It can be achieved. In this regard, it is important that the effluent from the steam reformer be sent to the gasification tower with virtually no cooling occurring. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention provides an improved method for gasifying carbonaceous materials with steam in the presence of a carbon-alkali metal catalyst and substantially equilibrium amounts of additional hydrogen and carbon monoxide; It will be apparent that it is relatively simple, energy efficient, and less expensive than previously proposed.
図面は本発明を実施する方法を示すフローシートである
。
図中主要な部材は次の通りである。11:ホッパ−、1
4:供給物調製帯域、15:スクリューコンベア、17
,19:スプレイノズル、25:ホツパー、26:送り
装置、30:マニホルド、31:供給管、32:ガス化
塔、35:ノズル、36:底部入口管、41:分離器、
46:アルカリ金属回収装置、51:気−気熱交換器、
54:廃熱ボイラー、59:水スクラバー、63:溶剤
スクラバー、71:スチーム改質炉。The drawing is a flow sheet illustrating a method of carrying out the invention. The main members in the figure are as follows. 11: Hopper, 1
4: Feed preparation zone, 15: Screw conveyor, 17
, 19: spray nozzle, 25: hopper, 26: feeding device, 30: manifold, 31: supply pipe, 32: gasification tower, 35: nozzle, 36: bottom inlet pipe, 41: separator,
46: Alkali metal recovery device, 51: Air-air heat exchanger,
54: Waste heat boiler, 59: Water scrubber, 63: Solvent scrubber, 71: Steam reforming furnace.
Claims (1)
スを製造する方法において、(a)前記スチームを、反
応帯域において約1000−1500°F(538−8
16℃)の反応温度及び100psia(7.0、kg
/cm^2)を超える反応圧力で、炭素−アルカリ金属
触媒並びに該反応帯域において該反応温度及び圧力で実
質的に平衡量の水素と一酸化炭素を与えるに充分な追加
の水素及び一酸化炭素の存在下に、前記炭素質供給材料
と反応させ、(b)前記反応帯域から前記反応温度及び
圧力で実質的に平衡量のメタン、二酸化炭素、スチーム
、水素及び一酸化炭素を含有する原料生成ガスを引出し
、(c)前記原料生成ガスを処理して酸性ガスを除去し
、(d)こうして処理された処理済ガスの一部を中間B
tu製品ガスとして回収し、(e)残りの処理済ガスを
スチーム改質帯域において該処理済ガス中のメタンがス
チームと反応して追加の水素及び一酸化炭素を生成する
条件下にスチームと接触させ、そして(f)前記スチー
ム改質帯域から流出する主に水素、一酸化炭素及び未反
応スチームを含む流出流を前記反応帯域へ送入し、以つ
て前記反応帯域で必要な前記追加の水素及び一酸化炭素
を供給することを特徴とする、中間Btu製品ガスの製
造法。 2 炭素−アルカリ金属触媒は炭素質供給材料をアルカ
リ金属化合物で処理した後前反応帯域で反応温度に加熱
したものである特許請求の範囲第1項記載の中間Btu
製品ガスの製造法。 3 炭素質供給材料の少くとも一部がカリウム化合物の
水溶液で含浸され乾燥された上反応帯域に導入されて炭
素−アルカリ金属触媒を形成している特許請求の範囲第
1項記載の中間Btu製品ガスの製造法。 4 カリウム化合物の水溶液は反応帯域から引出された
炭素(チヤー)から回収されるものである特許請求の範
囲第3項記載の中間Btu製品ガスの製造法。 5 炭素質供給材料が石炭である特許請求の範囲第1〜
4項のいずれかに記載の中間Btu製品ガスの製造法。 6 中間Btu製品ガスの熱含量が約400−750B
tu/f^3(11.3−21.2Btu/m^3)で
ある特許請求の範囲第1〜5項のいずれかに記載の中間
Btu製品ガスの製造法。7 反応温度が約1200−
1400°F(649−760℃)である特許請求の範
囲第1〜6項のいずれかに記載の中間Btu製品ガスの
製造法。 8 反応圧力が約300−1500psia(21.1
−105.5kg/cm^2)である特許請求の範囲第
1〜7項のいずれかに記載の中間Btu製品ガスの製造
法。 9 スチーム改質帯域でスチームと接触される処理済ガ
スは該改質帯域で充分な追加の水素及び一酸化炭素を生
成するに充分なメタンを含有し、以つて該改質帯域から
の流出流が反応帯域において一酸化炭素及び水素の平衡
量を与えるに充分なこれらガスを含有するようにした、
特許請求の範囲第1〜8項のいずれかに記載の中間Bt
u製品ガスの製造。 10 スチーム改質帯域において処理済ガスに充分な量
のスチームが接触され、以つて該改質帯域からの流出流
が反応帯域で必要なスチームの実質的に全量を供給する
に充分な未反応スチームを含むようにした特許請求の範
囲第1〜9項のいずれかに記載の中間Btu製品ガスの
製造法。 11 スチーム改質帯域は前記改質帯域からの流出流の
熱含量が炭素質供給材料を反応温度に予熱するに要する
顕熱の実質的に全量を供給するに充分である特許請求の
範囲第1〜10項のいずれかに記載の中間Btu製品ガ
スの製造法。 12 スチーム改質帯域からの流出流は実質的に冷却さ
れないで反応帯域に送られる特許請求の範囲第1〜11
項のいずれかに記載の中間Btu製品ガスの製造法。Claims: 1. A method of producing an intermediate Btu product gas from a carbonaceous feedstock and steam, comprising: (a) directing the steam to about 1000-1500°F (538-8°F) in a reaction zone;
reaction temperature of 16 °C) and 100 psia (7.0, kg
/cm^2), a carbon-alkali metal catalyst and sufficient additional hydrogen and carbon monoxide in the reaction zone to provide substantially equilibrium amounts of hydrogen and carbon monoxide at the reaction temperature and pressure. (b) producing a feedstock from the reaction zone containing substantially equilibrium amounts of methane, carbon dioxide, steam, hydrogen and carbon monoxide at the reaction temperature and pressure; (c) treating the raw material product gas to remove acid gas; and (d) transferring a portion of the thus treated gas to intermediate B.
(e) contacting the remaining treated gas with steam in a steam reforming zone under conditions such that methane in the treated gas reacts with the steam to produce additional hydrogen and carbon monoxide; and (f) directing an effluent stream containing primarily hydrogen, carbon monoxide, and unreacted steam from the steam reforming zone to the reaction zone to eliminate the additional hydrogen needed in the reaction zone. and carbon monoxide. 2. The intermediate Btu of claim 1, wherein the carbon-alkali metal catalyst is prepared by treating the carbonaceous feedstock with an alkali metal compound and then heating it to the reaction temperature in the pre-reaction zone.
Method of producing product gas. 3. The intermediate Btu product of claim 1, wherein at least a portion of the carbonaceous feedstock is impregnated with an aqueous solution of a potassium compound and introduced into the dried upper reaction zone to form a carbon-alkali metal catalyst. Gas production method. 4. A method for producing an intermediate Btu product gas as claimed in claim 3, wherein the aqueous solution of potassium compounds is recovered from carbon drawn from the reaction zone. 5 Claims 1 to 5 in which the carbonaceous feed material is coal
4. A method for producing an intermediate Btu product gas according to any one of Item 4. 6 The heat content of the intermediate Btu product gas is approximately 400-750B
A method for producing an intermediate Btu product gas according to any one of claims 1 to 5, wherein the intermediate Btu product gas is tu/f^3 (11.3-21.2 Btu/m^3). 7 Reaction temperature is about 1200-
7. A method of producing an intermediate Btu product gas according to any of claims 1-6, wherein the temperature is 1400<0>F (649-760[deg.]C). 8 The reaction pressure is approximately 300-1500 psia (21.1
-105.5 kg/cm^2) The method for producing an intermediate Btu product gas according to any one of claims 1 to 7. 9 The treated gas contacted with steam in the steam reforming zone contains sufficient methane to produce sufficient additional hydrogen and carbon monoxide in the reforming zone so that the effluent from the reforming zone containing sufficient amounts of carbon monoxide and hydrogen to provide an equilibrium amount of these gases in the reaction zone;
Intermediate Bt according to any one of claims 1 to 8
u Manufacture of product gas. 10 A sufficient amount of steam is contacted with the treated gas in a steam reforming zone such that the effluent from the reforming zone contains sufficient unreacted steam to provide substantially all of the steam required in the reaction zone. A method for producing an intermediate Btu product gas according to any one of claims 1 to 9, comprising: 11. A steam reforming zone wherein the heat content of the effluent from said reforming zone is sufficient to provide substantially all of the sensible heat required to preheat the carbonaceous feed to reaction temperature. A method for producing an intermediate Btu product gas according to any one of items 1 to 10. 12. Claims 1-11 wherein the effluent from the steam reforming zone is sent to the reaction zone substantially uncooled.
A method for producing an intermediate Btu product gas according to any one of paragraphs.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US05/771,507 US4129944A (en) | 1975-02-03 | 1977-02-24 | Dental constructions and dental alloys |
| US771504 | 1977-02-25 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS53127503A JPS53127503A (en) | 1978-11-07 |
| JPS6039114B2 true JPS6039114B2 (en) | 1985-09-04 |
Family
ID=25092050
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1993478A Expired JPS6039114B2 (en) | 1977-02-24 | 1978-02-24 | Method for producing intermediate Btu gas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6039114B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070000177A1 (en) * | 2005-07-01 | 2007-01-04 | Hippo Edwin J | Mild catalytic steam gasification process |
| EP2563883A1 (en) * | 2010-04-26 | 2013-03-06 | Greatpoint Energy, Inc. | Hydromethanation of a carbonaceous feedstock with vanadium recovery |
-
1978
- 1978-02-24 JP JP1993478A patent/JPS6039114B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS53127503A (en) | 1978-11-07 |
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